雙螺桿式空氣壓縮機故障診斷與維修

劉 盛，馬 慧

（中國工程物理研究院機械制造工藝研究所，四川綿陽 621900）

0 引言

螺桿式空氣壓縮機分為單螺桿式壓縮機及雙螺桿式壓縮機，雙螺桿式壓縮機由于其結構構造更加合理，克服了單螺桿式空氣壓縮機不平衡、軸承易損的問題，能在大的壓力差或壓力比的工況下工作，排氣溫度低，有良好的輸氣量調節性，廣泛應用在各個領域。無論國內或是國外，其市場占有率逐年攀升，在空氣壓縮機市場的市場占有率達到了80%[1]。熟悉掌握雙螺桿式空氣壓縮機的工作原理，及時徹底的排除故障才能保障安全生產用氣的需求。

1 GA160 型雙螺桿式噴油空氣壓縮機結構與工作流程

阿特拉斯GA160 型雙螺桿式噴油空氣壓縮機結構如圖1所示。

圖1 阿特拉斯GA160 型雙螺桿式噴油空氣壓縮機結構[2]

（1）空氣流程：由過濾器濾去塵埃之后，空氣經由節流閥（又稱加卸載閥）進入主壓縮室壓縮，并與潤滑油混合；被壓縮的混合空氣被排至油氣桶，然后再經由油氣分離器、后冷卻器及疏水器送入使用系統。

（2）潤滑油流程：油氣桶內壓力將潤滑油壓出，經油冷卻器，油過濾器除去雜質顆粒，然后分成兩路，一路從機體下端噴入壓縮室，冷卻壓縮氣體；另一路通到機體兩端，潤滑軸承組，而后各部分的潤滑油再聚集于壓縮室底部，由排氣口排出。與油混合的壓縮空氣排入油氣桶后，絕大部分的油沉淀于油氣桶的底部，其余的含油霧空氣再經過油氣分離器進一步過濾除去剩余的油，并參與下一個循環。

2 故障現象

技術保障中心空壓站一臺阿特拉斯GA160 型雙螺桿式噴油空氣壓縮機，在正常使用過程中偶發故障停機，觸發遠程上位機監控報警，此時值班人員到現場查看，發現故障停機，但未能查看到報警信息，其機載Elektronikon 電腦控制器報警條件一旦消失，報警信息便會消失，按復位鍵消除報警指示后立即可正常啟用。幾天或間隔一兩周后，該故障又重復出現。

3 故障診斷及處理

由于故障偶發，且報警停機后前去檢查空氣壓縮機各部位在停機狀態下未發現任何異常，每次故障停機按復位鍵消除報警指示后立即可正常啟用。對此，采集空氣壓縮機運行實時狀態繪制趨勢曲線，確認故障觸發時狀態顯得尤為重要。技術保障中心遠程上位監控計算機采用西門子WINCC 組態，通過串口MODBUS RTU 協議實時監控5 臺空氣壓縮機工作狀態，其趨勢曲線界面組態為監控管網壓力、流量與露點顯示。為判斷故障，臨時在WINCC 變量記錄歸檔中添加故障壓縮機出口壓力、機頭噴油壓力、運行狀態、加載狀態、正常狀態變量，編輯趨勢曲線的組態，使其記錄指定空氣壓縮機運行狀態（圖2）。

圖2 變量記錄設置

通過WINCC 趨勢曲線可實時查看運行狀態，也可回調查看變量記錄歸檔歷史數據，不用長時間堅守現場捕捉故障瞬時狀態。完成配置后再次出現故障，通過趨勢曲線歷史記錄可觀察到故障發生在空氣壓縮機卸載時，出現了短暫機頭噴油壓力陡然上升并與出口壓力相當，對準確定位故障提供了重要消息（圖3）。該GA160 型雙螺桿式噴油空氣壓縮機機頭噴油壓力起動保護設置為4.5 bar（0.45 MPa），故障時機頭噴油壓力反饋超過起動保護限制與信號延遲時間60 s，從而觸發故障停機。

圖3 趨勢曲線監視

故障觸發條件已捕捉到，但是什么導致機頭噴油壓力陡然上升并與出口壓力相當，還需從雙螺桿式噴油空氣壓縮機結構分析。從工作流程可以看到潤滑油壓力受最小壓力閥控制，它保證壓縮機的內部油壓不低于3～4 bar（0.3～0.4 MPa），使壓縮機內部潤滑油良好循環，并且最小壓力閥也有單向閥的作用，防止卸載時管網中的壓縮空氣倒流。而故障觸發正處于空氣壓縮機卸載時，此時壓縮室進口節流閥處于卸載狀態，僅10%空氣流量吸入維持運轉，最小壓力閥在彈簧力作用下應關閉。但偶爾最小壓力閥在卸載時關閉不良，使管網中的壓縮空氣倒流，形成機頭噴油壓力陡然上升并與出口壓力相當，進而觸發機頭噴油壓力起動保護停機。將最小壓力閥拆機后更換故障排除。

4 結束語

偶發性故障是故障維修過程中難度較大的故障類型之一，它的出現可能幾小時、幾天甚至幾周一次。如果無法及時記錄設備關鍵檢測點故障發生時的狀態，確定故障原因和排除各種可能性將花費大量的經歷與時間。本次利用遠程上位監控計算機WINCC 組態軟件變量記錄與趨勢曲線功能輔助故障診斷,對類似偶發故障處理有一定借鑒意義。